JP2006244264A

JP2006244264A - 制御システム

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Publication number: JP2006244264A
Application number: JP2005060863A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Aoyama; 一成青山; Kunitaka Komaki; 邦孝小槇; Minoru Nakamura; 稔中村; Takaaki Komatsu; 孝彰小松
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2025-03-04
Also published as: CN100448190C; US20060197476A1; EP1698957A1; US7432674B2; JP4261500B2; CN1828464A

Abstract

【課題】通信異常等によりマスタユニットとスレーブユニットのタイミング信号に生じたずれを自動的に修正し同期をとる。
【解決手段】シフト設定レジスタ１１には伝送路の遅れ分を設定する。マスタユニットからのタイミング信号（ITP信号）に応じて、スレーブユニットはPRE_ITP信号が発生する。このPRE_ITP信号とスレーブユニット独自のITP信号との差等（加算器１４の出力）を周期変更カウンタ２１にロードする。タイマ２２は周期変更カウンタ２１が０となるまで、基準値を補正して位置、速度制御周期の信号（SYN信号）を出力し、かつ、このSYN信号で周期変更カウンタ２１をダウンカウントする。更にSYN信号が所定数毎にスレーブユニット独自のITP信号を出力する。これによって、通信異常さらには通信経路による遅れによる、マスタとスレーブのタイミング信号のずれを自動補正し、同期をとる。
【選択図】図５

Description

数値制御装置やロボットコントローラ等の制御装置で制御されるモータの同期運転に関する。

数値制御装置やロボットコントローラ等の制御装置では、一定周期で制御装置内のハードウェアが発生させるタイミング信号（ＩＴＰ（補間周期）信号）に基づいてモータの制御を行っており、制御装置のメインＣＰＵはＩＴＰ信号の間隔毎の移動量を、サーボモータを制御するＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）に渡している。ＤＳＰにおいては、ＩＴＰ信号の間隔をさらに等分割した制御周期（位置、速度制御周期）毎に指令移動量を分配してモータの位置、速度の制御をしている。

モータの動きはＩＴＰ信号に同期しているため、１台の制御装置によって制御されるモータ同士は厳密な同期運転が可能である。なぜなら、同じＩＴＰ信号が使えるからである。
しかしながら、制御すべきモータの数が多いと、１台の制御装置の持つ軸制御用スロットでは足りず、別の制御装置を使用せざるを得ない場合がある。このような場合、同じ制御装置に制御されるモータでは前述のように同じＩＴＰ信号が使えるので厳密な同期運転が可能であるが、違う制御装置に制御されるモータ間では、ＩＴＰ信号同士が同期していないので、同期運転ができない問題がある。

これを解決し、複数の制御装置によって制御されるモータ間で同期運転が可能なようにするため、複数の制御装置を１台のマスタユニットと１台以上のスレーブユニットにわけて、それらを接続しているシリアルバスを経由してＩＴＰ信号をマスタユニットからスレーブユニットに分配し、複数の制御装置のＩＴＰ信号を同期させ、複数の制御装置で制御されるモータの同期運転する方法がとられている。シリアルバスではＩＴＰ信号以外にもＩＴＰ信号毎の移動量等の、同期運転に必要な情報も送受信される。この同期方式において、マスタユニットとスレーブユニット間の伝送路長等による遅れから同期信号（ＩＴＰ信号）の発生タイミングがずれることから、このずれを補正して同一タイミングで発生させるようにした技術は開発されている（特許文献１参照）。

なお、ＩＴＰ信号の送受信には、専用のケーブルで行う方法も考えられるが、同期運転に必要なＩＴＰ信号以外の情報もやはり送受信する必要があり、シリアルバスの線路の数が増えることにより、コストアップにつながるという問題がある。

また、この方式を、同じくシリアルバスに接続された拡張スロットに適用することによって、制御装置のＣＰＵの能力が可能な限り軸数を増加させることが可能になる。すなわち、拡張スロットに実装された軸制御ボードに対して、マスタユニットのＩＴＰ信号をシリアルバス経由で送出し、軸制御ボードに入力されるＩＴＰ信号を同期させ、同時にＩＴＰ信号毎の移動量をシリアルバス経由で軸制御ボード上のＤＳＰに対して出力するようにする。
図１は、上述したマスタユニットとなる数値制御装置と該マスタユニットの拡張スロットに設けられた軸制御ボード及びスレーブとなる数値制御装置に接続されたモータの同期制御の概要図である。この図１では、各数値制御装置および拡張スロット間のシリアルバスはカスケード接続となっているが、他にも、スター、マルチドロップ等の形式が可能である。

特許第２８９８３８７号公報

図９は、図１に示した制御システムにおけるマスタユニットとスレーブユニット間におけるＩＴＰ信号の送受の説明図である。すなわち、数値制御装置で構成されるマスタユニットとスレーブユニット（マスタユニットの拡張スロットに設けられた軸制御ボードをも含む）をシリアルバスで接続し、各数値制御装置で制御される各モータを同期制御するようにした制御システムにおいて、マスタユニットにおいてＩＴＰ信号が発生すると（図９（ａ））、シリアルバスを経由して自動的にマスタユニットからスレーブユニットに対してＩＴＰ信号が発生した旨通知する送信が行われる（図９（ｂ））。送信した内容には、ＩＴＰ信号が発生したことがデジタル情報として含まれている。スレーブユニットではそれを受信して（図９（ｃ））、デジタル情報を解読して、ＩＴＰ信号がマスタにおいて発生したことを示す信号であるＰＲＥ＿ＩＴＰ信号を発生させる（図９（ｄ））。

ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号は、マスタユニットのＩＴＰ信号に対して遅れているが、この遅れが無視できる程度の場合は、そのままスレーブユニットのＩＴＰ信号として使用でき、マスタユニットとスレーブユニットのモータの同期運転が可能である。又、遅れがある場合には、特許文献１に記載された方法により、この遅れを補正するようにしてもよい。

しかしながら、ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号をスレーブユニットのＩＴＰ信号とした場合、通常データの送信とぶつかる等してＩＴＰ信号の送信タイミングが変わると、ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号の間隔が大きく変わってしまう問題がある。また、ノイズ等により通信障害が発生し、ＩＴＰ信号発生の情報がスレーブユニットに伝わらなかった場合、スレーブユニットは再送要求を出してＩＴＰ信号が確実に受信できるようにするが、再送が発生するため、ＩＴＰ信号のタイミングがずれてしまい、モータ間の同期誤差を増大させる要因になる。

図１０は、この現象の説明図である。マスタユニットにおいてＩＴＰ信号が発生し（図１０（ａ））、自動的にマスタユニットからスレーブユニットに対してＩＴＰ信号が発生した旨通知するＩＴＰ送信信号Ｓの送信が行われたが、通信障害等でスレーブユニットに該ＩＴＰ送信信号Ｓが伝わらず、該ＩＴＰ送信信号が再送されたとき（図１０（ｂ））、該再送ＩＴＰ送信信号Ｓｒは遅れていることから、スレーブユニットがこの再送ＩＴＰ送信信号Ｓｒを受信し、発生させるＰＲＥ＿ＩＴＰ信号も遅れる（図１０（ｃ））。

そして、このＰＲＥ＿ＩＴＰ信号の間隔をさらに等分割した周期をモータの位置、速度の制御周期とするＤＳＰの制御周期のタイミングがずれてしまう。図１０（ｄ）に示すように、遅れた再送ＩＴＰ送信信号Ｓｒにより遅れて発生したＰＲＥ＿ＩＴＰ信号により、該ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号発生直前の制御周期は、通常より長い周期Ｔ１となる。一方、次のＩＴＰ信号発生時においては、通常にＩＴＰ送信信号Ｓが受信されて、ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号も通常に発生することから、この遅れて発生したＰＲＥ＿ＩＴＰ信号と通常に発生したＰＲＥ＿ＩＴＰ信号間を分割した最後の制御周期（位置、速度制御周期）は通常より短い周期Ｔ２となってしまうという問題がある。

更に、マスタユニットとスレーブユニットの内蔵しているクロックのずれによってもＩＴＰ信号のタイミングは、ずれてしまう。タイミングのずれは、ＩＴＰ信号の間隔がばらつくことを意味しているが、ＩＴＰ信号間隔をさらに分割してモータの位置、速度制御を行っているため、位置、速度制御のばらつきの原因になる。
そこで、本発明の目的は、上記問題を解決することにある。

本発明は、マスタユニットとなる１台の制御装置とスレーブユニットとなる１台以上の制御装置をシリアルバスで接続し、これら異なる制御装置で制御されるモータ同士の同期制御を行う制御システムにおいて、前記スレーブユニットには、前記マスタユニットから送信され前記スレーブユニットで受信されるタイミング信号と、前記スレーブユニットが発生するタイミング信号との位相差を求め、該位相差により、スレーブユニット側のタイミング信号をマスタユニット側のタイミング信号に追従させる補正量を求め、該求められた補正量によってスレーブユニットのタイミング信号の発生周期を補正する補正手段を備え、該補正手段で補正されたタイミング信号を出力するようにしたことを特徴とするものである。そして、前記スレーブユニットとなる制御装置には、制御装置の拡張スロットに実装される軸制御ボードも含むものである。

又、前記補正手段は、前記マスタユニットから送信され前記スレーブユニットとなる制御装置で受信されるタイミング信号と前記スレーブユニットが発生するタイミング信号との位相差を求める位相比較器と、該比較器の出力と周期変更レジスタに記憶する値を加算して補正量を求める加算手段からなる補正量生成手段と、該補正量生成手段で生成された補正量に基づいてタイミング信号の発生周期を補正してタイミング信号を発生する信号発生手段とを有するものとした。

さらに、前記補正量生成手段は、前記マスタユニットから前記スレーブユニットまでのタイミング信号の伝送遅れを補正する値が設定されたシフト設定レジスタを備え、前記加算手段は、前記比較器の出力と周期変更レジスタに記憶する値と該シフト設定レジスタの値を加算し補正値を求めるようにした。又、前記周期変更レジスタは、前記加算器の出力の補正値がロードされ更新されるものとした。

さらに、フィルタリング手段を設け、加算手段から出力される複数の前記補正値をフィルタリングして平均値を求め前記周期変更レジスタにロードし更新するようにした。又、前記信号発生手段は、周期変更カウンタとタイマで構成され、前記周期変更カウンタは、前記加算手段の出力の補正値がロードされ、前記タイマから出力される位置、速度制御周期の信号の発生数が、該ロードされた値と一致するまで、周期変更指令とロードされた補正値の符号信号をタイマに出力し、前記タイマは基準時間を入力された周期変更指令と符号信号により補正して、前記位置、速度制御周期の信号を出力し、該位置、速度制御周期の信号が所定数に達する毎にタイミング信号を出力するものとした。

マスタユニットとスレーブユニット間の通信障害等によりタイミング信号のずれが生じても、該ずれを自動的に修正し同期をとることができる。さらには、通信経路長等によりスレーブユニットのタイミング信号に遅れが生じる場合にも、補正して、マスタユニットのタイミング信号と同期をとることができる。

図１は、本発明の制御システムの一実施形態であり、従来の制御システムと概要は同一である。この図１に示す実施形態は、複数の数値制御装置をシリアルバスで接続し、同期制御するものである。マスタユニットとなる数値制御装置＃０には、シリアルバスでスレーブユニットとなる数値制御装置＃１，＃２・・が接続されている。又、マスタユニットの拡張スロットに実装された軸制御ボードで制御されるモータも同期制御するものとして、この拡張スロットに実装された軸制御ボードもスレーブユニットとして本発明を適用している。

本発明は、このような制御システムにおいて、スレーブユニット（数値制御装置＃１，＃２・・及びマスタユニットの拡張スロットに実装された軸制御ボード）にタイミング信号（ＩＴＰ信号）のずれを補正する補正手段を設けることを特徴とするものであり、スレーブユニットは、ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号以外にスレーブユニット独自のＩＴＰ信号を生成する点に特徴を有するものである。図２は、この補正手段の第１の形態のブロック図である。

この補正手段は、補正量生成手段１０と、該補正量生成手段１０で生成された補正量に基づいてタイミング信号（ＩＴＰ信号）の発生周期を補正してタイミング信号（ＩＴＰ信号）を発生する信号発生手段２０で構成されている。

補正量生成手段１０は、シフト設定レジスタ１１、位相比較器１２、周期変更レジスタ１３、加算器１４で構成され、シフト設定レジスタ１１は、シリアルバスのケーブルによる遅延時間等のマスタユニットとスレーブユニットにおいて固定的に発生する遅れ時間を補正するもので、この遅れに対応した固定値がセットされ、該固定値だけ当該スレーブユニットのタイミング信号（ＩＴＰ信号）の発生タイミングを早くするものである。

位相比較器１２は、マスタユニットからのＩＴＰ信号の発生通知によりスレーブユニットで生成されるＰＲＥ＿ＩＴＰ信号と補正されたＩＴＰ信号の位相差を、ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号がＩＴＰ信号より遅く発生すると「＋」、逆だと「−」として検出するもので、位相差を検出するカウンタにより、二つのＩＴＰ信号の間隔を測定して、遅いほうのＩＴＰ信号が来た時点でタイミング制御信号（ＩＴＰＣ）を出力する。
くなる。

周期変更レジスタ１３は、スレーブユニット独自のＩＴＰ信号をＰＲＥ＿ＩＴＰ信号に追従するための補正量が保持されるもので、具体的には、位相比較器１２からのＩＴＰＣ信号（タイミング制御信号）がアサートしたら加算器１４の出力の補正量を該周期変更レジスタ１３に格納し更新するものである。

加算器１４は、シフト設定レジスタ１１の値、位相比較器１２で求めた位相差、周期変更レジスタ１３に記憶する、１つ前のＩＴＰ信号に対する補正量を加算して当該ＩＴＰ信号に対する補正量を出力するもので、ＩＴＰＣ信号がアサートしたら、この補正量は、信号発生手段２０の周期変更カウンタ２１にロードされると共に周期変更レジスタ１３も前述したように取り込まれ更新保持される。

信号発生手段２０は、周期変更カウンタ２１とタイマ２２で構成され、周期変更カウンタ２１は、位相比較器１２から出力されるＩＴＰＣ信号がアサートしたら、加算器１４の出力の補正量がロードされる。ロードされた補正量は、位置、速度制御周期毎発生するＳＹＮ信号でダウンカウントされ、カウント値が０になったらダウンカウントを停止する。カウント値が０でない間は、タイマ２２に対して±符号（ＴＳＩＧＮ）と周期変更指令(ＴＣＭＤ)を出力する。

又、タイマ２２は、入力されるクロックをカウントしてＳＹＮ信号を生成する。このＳＹＮ信号は周期的な信号であり、ＳＹＮ信号が所定回数発生すると、このスレーブユニット独自のＩＴＰ信号を発生する。ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号とこの独自ＩＴＰ信号の位相のずれが０の場合、ＳＹＮ信号（位置、速度制御周期信号）の周期は一定であり、ＳＹＮ周期の整数倍がＩＴＰ信号の周期となる。モータを制御するＤＳＰでは、ＳＹＮ信号を元にして、モータの位置、速度制御を行う。したがって、この間隔が大きく変動することは、モータの速度の変動を生じるので好ましくない。

周期変更カウンタ２１が出力する周期変更指令(ＴＣＭＤ)がオンしている場合、ＳＹＮ信号の周期がデフォルトｋの値から単位量（１）だけ増減する。増やすか減らすかは、同じく周期変更カウンタから出力している、符号（ＴＳＩＧＮ）によって決定される。

次に、このＩＴＰ信号の発生を補正する補正手段の動作について説明する。
ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号とＩＴＰ信号が発生して、両者の位相差が位相比較器１２によってカウントされてＩＴＰＣ信号が発生すると、加算器１４の出力である、シフト設定レジスタ１１の値と、周期変更レジスタ１３にセットされている値と、位相比較器１２がカウントしたＰＲＥ＿ＩＴＰ信号とＩＴＰ信号の位相差が加算され手得られた補正量が周期変更レジスタ１３、および信号発生手段２０の周期変更カウンタ２１にロードされる。周期変更カウンタ２１では、ロードされた値をＳＹＮ信号の発生毎にダウンカウントして、０になるまで、周期変更指令ＴＣＭＤ及び、位相差の符号を示すＴＳＩＧＮ信号を図３（ａ）、（ｂ）に示すように出力する。

タイマ２２では、周期変更カウンタ２１から周期変更指令ＴＣＭＤが出力されている間は、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、ＳＹＮ信号の発生周期をデフォルトｋの値から、符号を示すＴＳＩＧＮ信号に応じて増減させて出力する。ＳＹＮ信号が所定回数発生すると、ＩＴＰ信号が発生するが、ＳＹＮ信号の周期が増減しているので、ＩＴＰ信号の周期も増減する。ＳＹＮ信号の周期の変動は常時±１（±単位量）に抑えられているので、この変動がモータ速度の変動に与える影響は軽微である。

ＩＴＰ信号の周期が増減することにより、ＩＴＰ信号の位相が前進あるいは後退して、マスタユニットとスレーブユニットのＩＴＰ信号同士の位相差を減らすことができる。次回のＩＴＰ発生時の位相差（位相比較器１２の出力）とシフト設定レジスタ１１の設定値の合計が０であれば、周期変更レジスタ１３に前回ロードされた値が再び周期変更カウンタ２１にロードされ、前回と同じ回数のＳＹＮ信号の周期が増減する。

また、マスタユニットとスレーブユニットのソースクロックの発振周波数に一定の差があった場合、ソースクロックをカウントして得られる両者のＩＴＰ信号の周期にも一定の差異が生じるが、周期変更レジスタに両者の差異が保持されているため、これを補正することが可能となっている。

なお、上記例では周期変更レジスタ１３の値を可変としたが、固定値とすることもできる。その場合、発生した位相差は次回のＳＹＮ信号の周期に対する増減にだけ関係しており、位相シフトを行っているのと同義であり、シフト設定レジスタ１１に設定する通信路による伝送遅れ等の対応した値に、この固定値を加算して該シフト設定レジスタ１１に設定しておけばよい。

シフト設定レジスタ１１に設定する固定値は、シリアルバスの長さによる遅延時間等の、マスタユニットとスレーブユニットにおいて固定的に発生する遅れ時間を補正するものであり、ケーブルの長さ等から算出し、パラメータとして入力することも可能であるし、マスタユニットとスレーブユニット間で発生する遅れを特殊な信号の送受信等により自動的に検出して設定することもできる。

この第１の形態においては、上述したように周期変更レジスタ１３に入力される値が、単純に位相比較器１２の出力の位相差、シフト設定レジスタ１１に記憶する値、周期変更レジスタ１３の出力を足し合わせて得られた補正量としている。この場合、ＩＴＰ信号が振動的になる恐れがある。

例えば、伝送路の遅れが無視でき、シフト設定レジスタ１１には「０」が設定されており、それまでＰＲＥ＿ＩＴＰ信号とＩＴＰ信号のずれが全くなく、設定レジスタ、位相比較器１２の出力は共に０であった状態（ｎ＝０）から、ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号が１回だけ通信障害等により瞬間的＋５クロック分ずれたとする。図４は、このとき補正手段が実行する動作タイミングの説明図である。ＩＴＰ信号に対するＰＲＥ＿ＩＴＰ信号の遅れは＋５クロックであるので、周期変更レジスタ１３および周期変更カウンタ２１にも「＋５」がセットされ（ｎ＝１）、ＳＹＮ信号の周期が１クロックだけ５回伸ばされる。

その結果、正しいＩＴＰ信号の間隔がｋクロックだとするとＩＴＰ信号の周期は（ｋ＋５）となり、次回（ｎ＝２）のＩＴＰ信号の発生するポイントは、前回よりも５クロック遅れる。しかし、ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号は、前回通信障害により１回だけ遅延が発生しただけなので、ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号は、ＩＴＰ信号よりも５クロック分進んだところに発生する。すなわち、ＩＴＰ信号の位相差は「−５」になるが、周期変更レジスタ１３には、前回の値「＋５」がストアされているので、周期変更レジスタ１３および周期変更カウンタ２１には０がセットされ、ＩＴＰ信号の間隔はｋになる。

この段階ではＰＲＥ＿ＩＴＰとＩＴＰの間のずれはまだ補正されていないので、更にその次の回（ｎ＝３）でも位相差は「−５」発生する。周期変更レジスタ１３および周期変更カウンタ２１には「−５」がセットされる。更にその次の回（ｎ＝４）で位相差は「０」になるが、周期変更カウンタ２１に「―５」がセットされているため、更にその次の回（ｎ＝５）では位相差が「＋５」になる。このように、１回だけの位相のずれは、いつまでたっても補正されない。

この現象は、入力に対する制御系の遅れに起因するが、回路に適当なフィルタを挿入することで防ぐことができる。例えば、周期変更レジスタの入力部に移動平均フィルタを挿入する。図５はこのフィルタを用いた形態である。加算器１４の出力（補正量）がフィルタ１５に入力され、移動平均が求められ、この移動平均値を周期変更レジスタ１３に格納するようにしている。このフィルタ１５を設けた点以外は図１に示す実施形態と同一である。このフィルタ１５として２ポイント移動平均を求め出力フィルタの例により、この形態の動作を図６のタイミングチャートと共に以下説明する。

この場合、先の例と同じく、シフト設定レジスタ１１には「０」が設定され、それまでＰＲＥ＿ＩＴＰ信号とＩＴＰ信号のずれが全くなく、設定レジスタ、位相比較器の出力共に０であった状態（ｎ＝０）から、ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号が１回だけ瞬間的＋５クロック分ずれたとする。

ＩＴＰ信号に対するＰＲＥ＿ＩＴＰ信号の遅れは「＋５」であるので、周期変更カウンタ２１に「＋５」がセットされ、周期変更レジスタ１３には、前回の加算器１４の出力「０」と、今回の加算器１４の出力「５」（位相比較器１２の出力の位相差「＋５」と周期変更レジスタ１３の値「０」の和）の移動平均値（５＋０）／２＝＋２（小数点以下は切り捨て）がセットされる（ｎ＝１）。周期変更カウンタ２１に設定された値「５」によって、ＳＹＮ信号の周期が１クロックだけ５回伸ばされる。

その結果、正しいＩＴＰ信号の間隔がｋクロックだとするとＩＴＰ信号の周期は（ｋ＋５）となり、次回（ｎ＝２）のＩＴＰ信号の発生するポイントは、前回よりも５クロック遅れる。しかし、ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号は、前回通信障害により１回だけ遅延が発生しただけなので、ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号は、ＩＴＰ信号よりも５クロック分進んだところに発生する。すなわち、ＩＴＰ信号の位相差は−５になる。周期変更レジスタ１３には「＋２」がストアされているので、加算器１４からは、−５＋２＝−３が出力され、周期変更カウンタ２１には「−３」がセットされ、周期変更レジスタ１３には、前回の加算器１４の出力値「＋５」と、今回の出力値「―３」の平均である＋１がストアされ、ＩＴＰ信号の間隔は（ｋ−３）になる。以後、同様に進んで行き、図６に示すように、ｎ＝１１で位相差、周期変更レジスタ１３の値、周期変更カウンタ２１にロードされる値が全て０になり、通信障害等により発生したマスタユニットに対するスレーブユニットの同期のずれは解消される。このように、フィルタを追加することによって、ＩＴＰ信号の位相差が振動的になるのを防止することができる。

上述した動作例は、通信障害等によりＰＲＥ＿ＩＴＰ信号がずれた場合の動作説明である。次に、シフト設定レジスタ１１に伝送路の遅れ分を設定したときの動作を説明する。図７は、図２で示したフィルタを設けていないときの補正手段を用いたときの動作説明図である。図７に示すように、マスタユニットのＩＴＰ信号とスレーブユニットのＰＲＥ＿ＩＴＰ信号間には伝送路の遅れ分等に相当する遅れがあり、その遅れ分としてシフト設定レジスタ１１に「−２」が設定されているとする。そして、マスタユニットからのＩＴＰ信号に基づいて発生するスレーブユニットのＰＲＥ＿ＩＴＰ信号と補正されたスレーブユニット独自のＩＴＰ信号にずれがなく位相差が「０」であり、周期変更レジスタ１３、及び周期変更カウンタ２１には「０」が設定されているとする。

この状態では、ＩＴＰ信号はその間隔が基準値ｋクロック後に発生し、ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号との位相差は「０」である。そこで、加算器１４は、シフト設定レジスタ１１の値「−２」と位相差「０」、周期変更レジスタ１３の値「０」を加算し、「−２」を出力し、周期変更レジスタ１３及び周期変更カウンタ２１にロードする（ｎ＝１）。周期変更カウンタ２１に「−２」がロードされたことにより、ＩＴＰ信号よりも２クロック分進んだところに発生し、ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号は＋２クロック遅れることになるから、位相比較器１２から位相差「＋２」が出力され、加算器１４の出力は、シフト設定レジスタ１１の値「−２」、周期変更レジスタ１３の値「−２」、位相差「＋２」が加算されて「−２」が周期変更レジスタ１３及び周期変更カウンタ２１にロードされる（ｎ＝２）。

次回（ｎ＝３）のＩＴＰ信号の発生するポイントでは、ＩＴＰ信号はその間隔が基準値ｋよりも２クロック分進んで発生することから、ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号は合計＋４クロック遅れることになるから、位相比較器１２から位相差「＋４」が出力され、加算器１４の出力は、シフト設定レジスタ１１の値「−２」、周期変更レジスタ１３の値「−２」、位相差「＋４」が加算されて、「０」が周期変更レジスタ１３及び周期変更カウンタ２１にロードされる（ｎ＝３）。以下この繰り返しが実行されるが、図７に示すように、スレーブユニットのＩＴＰ信号の発生時期は振動し、シフト設定レジスタ１１には伝送路の遅れ分の修正が難しい。

そこで、図５に示したフィルタ１５を用いた補正手段を用いれば、シフト設定レジスタ１１には伝送路の遅れ分を容易に修正することができる。
図８は、図５に示す補正手段を用いたとき、伝送路の遅れ等を補正するためにシフト設定レジスタ１１に「−２」が設定されているときの動作説明図である。この場合も、マスタユニットからのＩＴＰ信号に基づいて発生するスレーブユニットのＰＲＥ＿ＩＴＰ信号と補正されたスレーブユニット独自のＩＴＰ信号にずれがなく位相差が「０」であり、周期変更レジスタ１３、及び周期変更カウンタ２１には「０」が設定されているとする（ｎ＝０）。

この状態では、ＩＴＰ信号はその間隔が基準値ｋクロック後に発生し、ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号との位相差は「０」である。そこで、加算器１４は、シフト設定レジスタ１１の値「−２」と位相差「０」、周期変更レジスタ１３の値「０」を加算し、「−２」を出力し、周期変更カウンタ２１にロードする。又、フィルタ１５は、前回の加算器の出力「０」と今回の加算器１４の出力「−２」との移動平均「−１」を周期変更レジスタ１３にロードする（ｎ＝１）。

周期変更カウンタ２１に「−２」がロードされたことにより、ＩＴＰ信号は２クロック分進んだところに発生し、ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号はＩＴＰ信号に対して＋２クロック遅れることになるから、位相比較器１２から位相差「＋２」が出力され、加算器１４の出力は、シフト設定レジスタの値「−２」、周期変更レジスタ１３の値「−１」、位相差「＋２」が加算されて「−１」が周期変更カウンタ２１にロードされる。又、フィルタ１５は、前回の加算器の出力「−２」と今回の加算器１４の出力「−１」との移動平均「−１」を周期変更レジスタ１３にロードする（ｎ＝２）。

次回（ｎ＝３）のＩＴＰ信号の発生するポイントでは、ＩＴＰ信号はその間隔が基準値ｋよりも１クロック分進んで発生するので、ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号は合計＋３クロック遅れることになるから、位相比較器１２から位相差「＋３」が出力され、加算器１４の出力は、シフト設定レジスタの値「−２」、周期変更レジスタ１３の値「−１」、位相差「＋３」が加算されて「０」が周期変更カウンタ２１にロードされ、周期変更レジスタ１３には、前回の加算器の出力「−１」と今回の加算器１４の出力「０」との移動平均「０」がロードされる（ｎ＝３）。

次回（ｎ＝４）のＩＴＰ信号の発生するポイントでは、ＩＴＰ信号は基準値ｋの間隔で発生するので、ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号のＩＴＰ信号に対する遅れに変化はなく合計＋３クロック遅れることになるから、位相比較器１２から位相差「＋３」が出力され、加算器１４の出力は、シフト設定レジスタの値「−２」、周期変更レジスタ１３の値「０」、位相差「＋３」が加算されて「＋１」が周期変更カウンタ２１にロードされ、周期変更レジスタ１３には、前回の加算器の出力「０」と今回の加算器１４の出力「＋１」との移動平均「０」がロードされる（ｎ＝４）。

次回（ｎ＝５）のＩＴＰ信号の発生するポイントでは、ＩＴＰ信号は基準値ｋより１クロック遅れて発生するので、ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号は合計＋２クロック遅れることになるから、位相比較器１２から位相差「＋２」が出力され、加算器１４の出力は、シフト設定レジスタの値「−２」、周期変更レジスタ１３の値「０」、位相差「＋２」が加算されて「０」が周期変更カウンタ２１にロードされ、周期変更レジスタ１３には、前回の加算器の出力「＋１」と今回の加算器１４の出力「０」との移動平均「０」がロードされる（ｎ＝５）。

次回（ｎ＝６）のＩＴＰ信号の発生するポイントでは、ＩＴＰ信号は基準値ｋクロック後に発生することから、ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号は合計＋２クロック遅れることになり、位相比較器１２から位相差「＋２」が出力され、加算器１４の出力は、シフト設定レジスタの値「−２」、周期変更レジスタ１３の値「０」、位相差「＋２」が加算されて「０」が周期変更カウンタ２１にロードされ、周期変更レジスタ１３には、前回の加算器の出力「＋１」と今回の加算器１４の出力「０」との移動平均「０」がロードされる（ｎ＝６）。

このように、ｎ＝５以降においては、スレーブユニットが発生する独自のＩＴＰ信号は、ＰＲＥ＿ＩＴＰ信号よりも２クロック早く発生し、シフト設定レジスタ１１に設定した伝送路による遅れ分等の「−２」、遅れを取り戻し、マスタユニットのＩＴＰ信号と同期して発生することになる。

なお、上述した説明では、通信の異常によるタイミング信号のずれが生じたときと、通信路長等によるタイミング信号の遅れに対して、補正手段の動作及び作用を説明したが、通信異常と通信路長による遅れが重なって生じたときの説明は省略したが、同時に生じたときも同様にタイミング信号のずれを修正できるものである。

本発明の一実施形態のブロック図である。同実施形態に用いるタイミング信号を補正する補正手段の第１の形態のブロック図である。補正手段の第１の形態の信号発生手段における動作タイミングチャートである。同補正手段の第１の形態において、通信異常によりタイミング信号のずれが発生したときの動作タイミングチャートである。本発明の一実施形態に用いるタイミング信号を補正する補正手段の第２の形態のブロック図である。同補正手段の第２の形態において通信異常によりタイミング信号のずれが発生したときの動作タイミングチャートである。同補正手段の第１の形態において、伝送路による遅れ等によりタイミング信号のずれがあるときの動作タイミングチャートである。同補正手段の第２の形態において、伝送路による遅れ等によりタイミング信号のずれがあるときの動作タイミングチャートである。同実施形態及び従来の制御システムにおける、マスタユニットからのタイミング信号に対応したスレーブユニットでの動作タイミングチャートである。従来の制御システムにおいて、通信異常が生じたときの動作タイミングチャートである。

符号の説明

１０補正量生成手段
１１シフト設定レジスタ
１２位相比較器
１３周期変更レジスタ
１４加算器
２０信号発生手段
２１周期変更カウンタ
２２タイマ

Claims

マスタユニットとなる１台の制御装置とスレーブユニットとなる１台以上の制御装置をシリアルバスで接続し、これら異なる制御装置で制御されるモータ同士の同期制御を行う制御システムにおいて、
前記スレーブユニットには、前記マスタユニットから送信され前記スレーブユニットで受信されるタイミング信号と、前記スレーブユニットが発生するタイミング信号との位相差を求め、該位相差により、スレーブユニット側のタイミング信号をマスタユニット側のタイミング信号に追従させる補正量を求め、該求められた補正量によってスレーブユニットのタイミング信号の発生周期を補正する補正手段を備え、該補正手段で補正されたタイミング信号を出力するようにしたことを特徴とする制御システム。
前記スレーブユニットとなる制御装置は、制御装置の拡張スロットに実装される軸制御ボードを含む請求項１に記載の制御システム。
前記補正手段は、前記マスタユニットから送信され前記スレーブユニットとなる制御装置で受信されるタイミング信号と前記スレーブユニットが発生するタイミング信号との位相差を求める位相比較器と、該比較器の出力と周期変更レジスタに記憶する値を加算して補正量を求める加算手段からなる補正量生成手段と、該補正量生成手段で生成された補正量に基づいてタイミング信号の発生周期を補正してタイミング信号を発生する信号発生手段とを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の制御システム。
前記補正量生成手段は、さらに前記マスタユニットから前記スレーブユニットまでのタイミング信号の伝送遅れを補正する値が設定されたシフト設定レジスタを備え、前記加算手段は、前記比較器の出力と周期変更レジスタに記憶する値と該シフト設定レジスタの値を加算し補正値を求める請求項３に記載の制御システム。
前記周期変更レジスタは、前記加算器の出力の補正値がロードされ更新される請求項３又は請求項４に記載の制御システム。
フイルタリング手段を設け、加算手段から出力される複数の前記補正値をフィルタリングして平均値を求め前記周期変更レジスタにロードし更新するようにした請求項５に記載のの制御システム。
前記信号発生手段は、周期変更カウンタとタイマで構成され、前記周期変更カウンタは、前記加算手段の出力の補正値がロードされ、前記タイマから出力される位置、速度制御周期の信号の発生数が、該ロードされた値と一致するまで、周期変更指令とロードされた補正値の符号信号をタイマに出力し、前記タイマは基準時間を入力された周期変更指令と符号信号により補正して、前記位置、速度制御周期の信号を出力し、該位置、速度制御周期の信号が所定数に達する毎にタイミング信号を出力する請求項３乃至６の内いずれか１項に記載の制御システム。